全 文 ：植物生理学通讯 第 45 卷 第 5 期，2009 年 5 月 455
收稿 2009-01-15 修定 　2009-04-20
资助 国际植物营养研究所(IPNI)项目(30200108)、“ 十一五 ”
国家科技支撑计划(30200166)和河南省农业科技成果转
化基金项目(0 53 60 00 00 06 )。
* 通讯作者(E-mai l: t anjf@henau.edu.cn; Tel: 0 37 1-
6 3 5 5 4 0 8 8 )。
外源一氧化氮供体硝普钠对干旱胁迫下小麦幼苗叶中ATP酶活性和膜脂
过氧化的影响
李慧 1, 赵文才 1, 赵会杰 2, 韩燕来 1, 谭金芳 1,*
河南农业大学 1 资源环境学院, 2 生命科学学院, 郑州 450002
提要: 研究外源一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)对干旱胁迫下小麦幼苗叶片ATP酶活性和膜脂过氧化影响的结果表明, 15%
聚乙二醇 -6000 (PEG-6000)模拟的干旱胁迫下小麦幼苗叶中 H+-ATP酶和 Ca2+-ATP酶活性显著升高后迅速下降, 硫代巴
比妥酸反应产物(TBARS)和质量膜透性增加; 0.1 mmol·L-1 SNP可提高干旱胁迫下小麦幼苗叶中超氧化物歧化酶(SOD)、过
氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性, 降低超氧阴离子(O2－·)和过氧化氢(H2O2)水平, 缓解膜脂过氧化, 稳定生物膜的结
构和功能, H+-ATP酶和 Ca2+-ATP酶也可以保持更高的活性。
关键词: 一氧化氮; 干旱胁迫; 小麦幼苗叶片; ATP酶活性; 膜脂过氧化
Effects of Exogenous Nitric Oxide Donor Sodium Nitroprusside on ATPase
Activity and Membrane Lipid Peroxidation in Wheat (Triticum aestivum L. cv.
‘Luohan 6’) Seedling Leaves under Drought Stress
LI Hui1, ZHAO Wen-Cai1, ZHAO Hui-Jie2, HAN Yan-Lai1, TAN Jin-Fang1,*
1College of Environmental and Resource Sciences, 2 College of Life Sciences, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002,
China
Abstract: The effects of nitric oxide (NO) donor sodium nitroprusside (SNP) on ATPase activity and mem-
brane lipid peroxidation in the wheat (Triticum aestivum cv. ‘Luohan 6’) seedling leaves under drought stress
were investigated. Results showed that the 15% PEG-6000 treatment apparently enhanced the H+-ATPase and
Ca2+-ATPase activities before period of deterioration, accelerated the accumulation of thiobarbituric acid reac-
tive substances (TBARS) and membrane permeability in wheat seedling leaves under drought stress. 0.1 mmol·L-1
SNP could enhance the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD) and catalase (CAT), lower
O2·¯ production rate, H2O2 content and membrane lipid peroxidation, stabilize the structure and function of
biomembranes, increase the activities H+-ATPase and Ca2+-ATPase.
Key words: nitric oxide; drought stress; wheat seedling leaves; ATPase activity; membrane lipid peroxidation
一般来说, 在我国北方地区, 干旱常是导致小
麦产量下降的主要原因之一。干旱胁迫下植物活
细胞原生质膜结构和功能受到影响, 脂肪酸的不饱
和程度急剧下降, 膜的流动性变差, 从而影响膜的
正常生理功能。另外, 植物细胞质膜上的功能蛋白
很多, 如质膜H+-ATP酶和Ca2+-ATP酶等(龚月桦和
高俊凤 2002), 它们在维持细胞膜两侧离子平衡、
调节细胞渗透压、保持细胞膜完整性以及信号转
导中起作用(Zhao等2004; Huang等2006; 宰学明等
2007)。一氧化氮(nitric oxide, NO)作为一种信息
传递的信使分子, 不仅参与植物生长和发育过程中
的生理代谢过程, 而且可提高植物的抗逆性(Garcia-
Mata 和 Lamattina 2001), 有研究表明, 外源 NO 可
通过植物叶中抗氧化酶系统(王宪叶等 2004)、渗
透调节(Tan 等 2008)、气孔开闭(Garcia-Mata 和
Lamattina 2001; Neill等2002)等生理调控机制提高
其抗旱性, 但是ATP酶如何参与干旱胁迫下的膜脂
过氧化过程以及外源 NO 供体 SNP 对干旱胁迫下
ATP 酶活性的调控机制尚不清楚, 为此, 本文研究
NO 供体硝普钠(sodium nitroprusside, SNP)对干旱
胁迫下小麦幼苗叶中 H+-ATP 酶、Ca2+-ATP 酶活
性以及膜脂过氧化的影响。
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材料与方法
SNP 购自 Sigma 公司, 现用现配, 通常是 0.15
mmol·L-1 SNP 大约可产生小于 0.2 μmol·L-1 的 NO
(Garcia-Mata和Lamattina 2001)。经过我们的前期
实验确定 SNP 的浓度为 0.1 mmol·L-1, 实验中聚乙
二醇 -6000 (PEG-6000)的浓度为 15% (轻度胁迫,
约为 -0.40 MPa)。
精选的小麦品种‘洛旱6号’ (Triticum aestivum
L. cv. ‘Luohan 6’)种子以 0.1% 氯化汞消毒 5 min,
用蒸馏水反复冲洗 3 次, 25 ℃浸种暗催芽, 待种子
露白后, 选择露白一致的种子用Hoagland营养液在
恒温的培养皿中培养, 7 d后移植到盆钵中, 在人工
气候箱(光照强度为 100 μmol·m-2·s-1, 光照 12 h·d-1,
温度(20±1) ℃, 相对湿度60%)中培养, 长至三叶一
心时挑选长势一致的幼苗分组进行处理, 每组重复
3 次, 每天更换 1 次处理液。实验处理有: (1)对照
为 Hoagland营养液; (2) SNP 为 Hoagland营养液 +
0.1 mmol·L-1 SNP; (3) PEG为Hoagland营养液+15%
PEG; (4) PEG+SNP 为 Hoagland 营养液 +15%
PEG+0.1 mmol·L-1 SNP。处理后的 12、24、48
和 72 h 分别取第 2 片叶的混合样品用于各项生理
生化指标测定。
参照王宪叶等(2004)文中方法测定质膜相对透
性; 赵世杰等(1994)文中方法测定硫代巴比妥酸反
应产物(thiobarbituric acid reactive substances,
TBARS)含量; 王爱国和罗广华(1990)文中方法测定
超氧自由基(O2－· )产生速率; 刘俊等(2000)文中方法
测定过氧化氢(H2O2)含量; Giannopolitis 和 Ries
(1977)文中方法测定超氧化物歧化酶(superoxide
dismutase, SOD)活性; 阮海华等(2001)文中方法测
定过氧化物酶(peroxidase, POD)活性; Egley 等
(1983)的方法测定过氧化氢酶(catalase, CAT)活性;
胡章立等(1993)文中方法测定H+-ATP酶活性; 赵士
诚等(2008)文中方法测定 Ca2+-ATP 酶活性。
结果与讨论
1 外源NO供体 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶中
ATP酶活性的影响
如图 1 所示, PEG 处理 12 h 的小麦幼苗叶中
H+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性分别升高 33.54% (P<
0.01)和 118.87% (P<0.01), 达到极显著水平, 后其
活性随胁迫时间的延长迅速下降。ATP 酶活性在
干旱胁迫初期的升高可能是由于小麦叶中的膜系统
还未受到不可逆损伤的情况下, 表现出最敏感, 是
植物对胁迫的适应性反应, 但是随着胁迫时间的延
长, 小麦叶中氧化损伤加剧, 细胞膜透性增加(图2),
ATP 酶为泵出离子消耗减少, 所以其活性迅速下
降。而在添加 0.1 mmol·L-1 SNP 后, 小麦幼苗叶中
H+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性同样于处理12 h时达
到最高后缓慢下降, 但在处理 72 h 分别比 PEG 处
理的高 12.78% (P<0.05)和 16.98% (P<0.05), 这表
明, 外源NO供体SNP可促进干旱胁迫下小麦幼苗
叶中 H+-ATP 酶和 Ca2+-ATP 酶活性。
图 1 外源 NO 供体 SNP 对干旱胁迫下小麦幼苗叶中
H+-ATP 酶和 Ca2+-ATP 酶活性的影响
Fig.1 Effects of exogenous NO donor SNP on H+-ATPase
and Ca2+-ATPase activities in wheat seedling
leaves under drought stress
* 与 PEG 处理的显著性差异(*P<0.05, Student’s t-test)。图
2 ~ 4同此。
2 外源NO供体 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶中
膜脂过氧化的影响
如图 2 所示, 正常水分条件下, 添加 SNP 后小
植物生理学通讯 第 45 卷 第 5 期，2009 年 5 月 457
麦幼苗叶中TBARS含量和膜透性变化不显著; PEG
处理后, 小麦幼苗叶中TBARS含量和质膜相对透性
不断增加。此外, 如果外施 SNP 则可缓解干旱胁
迫下小麦幼苗叶中 TBARS 含量的升高, 处理 72 h
后比 PEG 处理降低 18.08% (P<0.05)。同样, 0.1
mmol·L-1 SNP可延缓干旱胁迫下叶中质膜相对透性
的增加, 处理 72 h后比PEG处理的降低11.98% (P<
0.05)。这表明, 外源 NO 供体 SNP 对干旱胁迫下
小麦幼苗叶中的膜脂过氧化有缓解作用。
干旱胁迫下的小麦幼苗叶中O2－· 产生速率和H2O2含
量下降, 处理 72 h 后两者分别比 PEG 处理降低
14.96% (P<0.05)和 26.13% (P<0.05)。这表明, 外源
NO供体SNP可削弱干旱胁迫下小麦幼苗叶中O2－· 水
平和H2O2含量, 从而缓解干旱胁迫造成的膜脂过氧
化, 对干旱胁迫下小麦的氧化损伤起保护作用。
图 2 外源 NO 供体 SNP 对干旱胁迫下小麦幼苗叶中
TBARS 含量和膜透性的影响
Fig.2 Effects of exogenous NO donor SNP on TBARS
content and membrane permeability in wheat
seedling leaves under drought stress
3 外源NO供体 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶中
O2－· 产生速率和H2O2含量的影响
图 3 表明, 15% PEG 促进小麦幼苗叶中 O2－· 的
释放, 并在处理后12 h达到最高, 其含量升高56.08%
(P<0.01), 叶中 H2O2 含量也不断提高, 但在时间上
稍有后滞性, 处理 72 h 的小麦幼苗叶中 H2O2 含量
提高 73.80% (P<0.01), 达到极显著水平; 添加SNP后
4 外源NO供体 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶中
SOD、POD和CAT活性的影响
图 4 表明, PEG 处理后小麦幼苗叶中 SOD 活
性急剧下降后缓慢回升, 处理72 h后高于未作干旱
处理的水平; 外施 SNP 的叶中 SOD 活性也是先下
降后升高, 但比 PEG 处理的显著提高 30.10% (P<
0.05), 这与刘鹏程等(2004)的结果一致。另外, 从
图4还可看出, PEG胁迫处理后小麦幼苗叶中POD
图 3 外源 NO 供体 SNP 对干旱胁迫下小麦幼苗叶中
O2－· 产生速率和 H2O2 含量的影响
Fig.3 Effects of exogenous NO donor SNP on O2－·
production rate and H2O2 content in wheat
seedling leaves under drought stress
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图 4 外源 NO 供体 SNP 对干旱胁迫下小麦幼苗叶中
SOD、POD 和 CAT 活性的影响
Fig.4 Effects of exogenous NO donor SNP on SOD,
POD and CAT activities in wheat seedling
leaves under drought stress
和 CAT 活性呈不断上升趋势, 处理 72 h 后分别升
高 129.46% (P<0.01)和 79.53% (P<0.01), 而添加
SNP则可提高干旱胁迫下的小麦幼苗叶中POD和
CAT 活性, 处理 72 h 后比 PEG 处理的分别提高
14.11% 和 29.16% (P<0.05)。表明外源 NO 供体
SNP 可通过提高干旱胁迫下小麦幼苗叶中 SOD、
POD 和CAT的活性而削弱叶片中O2－· 水平和H2O2
含量, 从而缓解活性氧自由基对膜脂的氧化损伤,
ATP 酶保持较高活性(图 1), 这可能是 ATP 酶属于
膜结合蛋白, 逆境胁迫下生物膜结构以及稳定性发
生的变化也同样会影响到ATP酶活性所致(邓林和
陈少良 2005)。
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